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高層球體鋼結(jié)構(gòu)工程測量方案的探索

作者:徐亞杰 黃利順 馬榮超 桂凌華    
時間:2010-08-26 13:30:09 [收藏]
  前言
    關(guān)鍵詞:高層 球體 鋼 結(jié)構(gòu)
     
    前言
        隨著鋼結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展,高層、異形、大跨度結(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中已是屢見不鮮、同時針對各種類型的測量控制的難度也越來越大,高層、異形、大跨度結(jié)構(gòu)的測量定位施工工序是保證鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量的首要前提,因此大跨度、異形、大跨度結(jié)構(gòu)中的測量控制就顯的尤為重要,為了探索出適合各種結(jié)構(gòu)尤其是異形、大跨度結(jié)構(gòu)測量方法,并遵守求同存異的原則,在此以杭州國際會議中心高層球體結(jié)構(gòu)的測量定位施工工藝進行進行介紹,此測量方法可以在高層、異形、大跨度結(jié)構(gòu)中廣泛運用。

    一、工程概況
        杭州國際會議中心工程位于杭州新城市中心--錢江新城核心區(qū)塊;毗鄰新規(guī)劃的市政府大樓和杭州大劇院;其中南面緊鄰高架城市陽臺,北面為富春江路,西面緊靠解放東路,東面為杭州大劇院及在建的波浪文化城,并且地下一層與波浪文化一期相聯(lián)通,與杭州大劇院對稱坐落位于錢江新城中心軸線上。

        工程由球形的主樓和橢圓形投影面的裙房組成,總建筑面積為130096平方米,其中地上總建筑面積為78009平方米。主樓為超五星級酒店部分,19層85米高,內(nèi)設(shè)高級辦公樓層和公寓式酒店層;裙房為會議中心部分,2層12米高,主要為商場及大堂,低座為豪華酒店。地下室為兩層,建筑面積為52087平方米,主要用作停車場、機電用房、酒店后勤區(qū)等。本文主要介紹主樓測量方案的探索。
     
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    二、結(jié)構(gòu)特點及測量難點
    2.1結(jié)構(gòu)特點
        杭州國際會議中心主樓與裙房通過主樓外側(cè)的弧形柱上的牛腿連接成一個結(jié)構(gòu)整體。其中主樓結(jié)構(gòu)為鋼框架—支撐體系,共由43榀平面鋼框架組成。各榀平面框架外柱與內(nèi)柱的定位軸線在平面上為不同半徑的同心圓,平面框架在豎向剖面上呈現(xiàn)“C”形,四層以下的框架柱為豎直的框架柱,而四層以上的內(nèi)框架柱為折線形斜柱,四層以上的外框架柱為圓弧形斜柱;結(jié)構(gòu)在A2、A8、A16、A20、A26、A30、A38軸上的框架通長高度設(shè)置斜支撐構(gòu)件;框架的跨度約為12m,層高為3.52m和5.22m。整個球形結(jié)構(gòu)的外側(cè)框架柱距球心的最大距離約42m。         

    2.2測量難點
        本工程屬高層鋼框架結(jié)構(gòu),為球體造型。外圍結(jié)構(gòu)柱均為豎向弧形構(gòu)件,每一鋼構(gòu)件安裝空間位置不統(tǒng)一,結(jié)構(gòu)整體測控量大,測量精度要求高,軸線標高豎向傳遞次數(shù)多。由于主樓的結(jié)構(gòu)特征,無法利用常規(guī)的高層結(jié)構(gòu)測量手段來定位鋼柱,針對本工程施工安裝測量難點,選擇合適的測量方案,從而保證工程的安裝精度,將是本工程的重點。
     
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    三、測量方案的選擇
    針對本工程的結(jié)構(gòu)特點,采用一般的內(nèi)控法或外控法測量方案將無法滿足本工程測量精度要求,我司提出了3種測量方案,如下:
     
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    四、方案的確定
    通過對提出的三中方案在難易性、精度、工期及對其他工種的影響等多方面的可行性分析,擇優(yōu)選擇方案三內(nèi)控和外控相結(jié)合的測量方法做為本工程的測量方案,方案三主要由以下優(yōu)缺點:
    1、每一徑向軸線上的柱子均為標準柱,且每一徑向和環(huán)向軸線均向上傳遞,測量精度容易保證;
    2、測量施測和校正工作量較大,可能會影響工期;
    3、測量控制點較多,控制點的保護是重點;
    4、增設(shè)附助軸線后,貫通了環(huán)向軸線向上傳遞,方便了測量

    五、方案的實施
    5.1平面控制網(wǎng)建立
    1、根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)形式,建立以下平面控制點:
    (1)作G軸和A23軸垂直交線于一點,分別向南50米、向東、西、北50米、100米間距設(shè)控制網(wǎng),共設(shè)置20個控制點。
    (2)測設(shè)方法
    控制網(wǎng)采用四等導線的精度要求施測,準確計算出導線成果后,進行精度分析和控制點點位誤差。
    各控制網(wǎng)點在選擇好的點位上進行布設(shè),按規(guī)范要求做好測量標志,同時做好防護和保護措施(如示意圖)。為了保證測量精度,在控制點標志埋設(shè)后一周內(nèi)不得進行觀測。同時為防止測量基準標志點產(chǎn)生位移和沉降,在施工過程中堅持不定期檢測。檢測發(fā)現(xiàn)誤差時,在起算的大地控制點的基礎(chǔ)上按導線測量方法進行復測和平差計算。
    5.2高程控制網(wǎng)的建立
    (1)首先對現(xiàn)場已知水準點進行水準復測。(按國家四等水準測量要求)。水準點標石經(jīng)復測,精度滿足要求后,在施工現(xiàn)場根據(jù)限差要求埋設(shè)水準點標石(如下圖)。為了便于施工測量,整個場地內(nèi),東西、南北每相距100m左右設(shè)有水準點,并構(gòu)成閉合圖形,以便閉合校核。I級水準基點組選8個水準點均勻地布置在整個施工現(xiàn)場四周形成一閉合路線。II級水準點采用M8膨脹螺栓的鋼筋打入砼作為標志。由水準基準點組成閉合路線,各點間的高程進行往返觀測,閉合路線的閉合誤差應(yīng)小于±5 mm(n為測站數(shù))。在水準聯(lián)測時把I級控制點作為首級水準點使用聯(lián)測,計算出高程值,以方便主樓安裝時高程的投測。
    (2)主樓高程控制網(wǎng)布設(shè)
    主樓外設(shè)置3個II級固定的水準基準點,如下圖所示:
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    5.3軸線的定位與傳遞
    5.3.1軸線的定位測設(shè)
    根據(jù)平面控制網(wǎng)和G軸與A23軸的垂足控制點(即主樓圓心),用經(jīng)緯儀及鋼尺或用全站儀即可定出主樓徑向的A1軸到A44軸和環(huán)向的B1軸到B3軸共47條軸線和所有本工程的施工平面軸線。軸線控制樁用M8膨脹螺栓的打入砼固定作為標志,并引測至周圍永久性建筑物或構(gòu)筑物上。

    5.3.2主樓軸線的堅向傳遞
    1、主樓一至四層的軸線控制
    主樓首層定位軸線利用平面控制網(wǎng)點和主樓圓心進行控制(圓心控制點同樣用M8膨脹螺栓打入首層樓面混凝土中)。由于二至四層的鋼柱均為直形柱,且主樓中庭不懸空,因此二至四層的定位軸線同樣利用平面控制網(wǎng)點和主樓圓心向上傳遞的方法進行控制。
    2、主樓四層以上的軸線控制
    (1)徑向軸線控制
    本主樓工程的定位軸線采取外控法,即定位軸線延長線上設(shè)置控制樁位,在控制樁位上架設(shè)經(jīng)緯儀進行軸線的逐層傳遞。由于本工程結(jié)構(gòu)平面徑向軸線呈放射性布置,所以采取將主樓的每條徑向定位軸線貫通后,向兩個方向延長至建筑物外部,并在兩個方向的延長線上各設(shè)置兩個控制樁位(控制樁設(shè)置如上圖),進行主樓徑向定位軸線的堅向傳遞和控制。
    (2)環(huán)向軸線控制
    根據(jù)本主樓工程立面框架的形式,為滿足施工測量控制的需要,在環(huán)向軸線B2與B3之間增設(shè)一條離圓心為31.5米的環(huán)向附助軸線Bx。在首層樓面上利用平面控制網(wǎng)點和主樓圓心測設(shè)出該軸線后,將該軸線與44條徑向定位軸線的44個交點(Bx-1~Bx-44)往徑向和環(huán)向各500?處設(shè)定為控制基準點(同樣用M8膨脹螺栓打入首層樓面混凝土中)。上面各層在立樓板模板時,在相應(yīng)位置留200?×200?方洞,用激光鉛垂儀把各點引測至各樓層,校核后通過量距放出各鋼柱的十字控制中心線。在第10層將此44個控制基準點轉(zhuǎn)移一次,仍用M8膨脹螺栓打入樓面混凝土中控制上9層定位。
     
     
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    5.4標高傳遞
    本工程的標高傳遞主要為主樓結(jié)構(gòu)的高程堅向傳遞。按照主樓外設(shè)置的3個II級固定水準基準點,用水準儀將基準點引至首層平面。首層施工好后,將+1.000m標高引至指定鋼柱上并做紅漆標記,用鋼卷尺向上丈量至各樓層(同樣在第10層設(shè)一個轉(zhuǎn)點)。然后用水準儀抄平控制各鋼柱的牛腿上表面標高。

    6.鋼構(gòu)件安裝的測量校正
    6.1主樓鋼柱的安裝測量校正
    鋼柱的測量校正主要為平面位置、標高和垂直度三項內(nèi)容,按照先調(diào)整標高,再調(diào)整位移,最后調(diào)整垂直度的順序按照規(guī)范規(guī)定的數(shù)值進行校正。同時為保證安裝精度,避免因溫度變化對鋼柱垂直度校正產(chǎn)生的偏差,主樓鋼柱的測量校正統(tǒng)一日照變化小的傍晚進行。

    6.2直鋼柱的校正測量
    (1)標高的調(diào)整:每安裝一節(jié)柱后,對柱頂進行一次標高實測,誤差超過偏差時,采用螺栓千斤頂進行調(diào)整,偏差過大時分兩次或幾次進行調(diào)整。
    (2)軸線位移校正:以傳遞至下節(jié)柱柱頂?shù)妮S線為基準,安裝鋼柱的底部對準下節(jié)鋼柱中心即可。
    (3)垂直度校正:把鋼柱的成90°的兩條控制線引出,在控制線上架設(shè)兩臺經(jīng)緯儀,照準鋼柱的中軸線同時監(jiān)測,直到兩個方向的軸線上下為同一垂直線。
    垂直度校正調(diào)節(jié)主要是依靠攬風繩,直至焊接完后,按以上觀測方法對鋼柱進行復測,對鋼柱的測量數(shù)據(jù)要認真記錄。

    6.3弧形鋼柱的校正測量
    弧形鋼柱的標高和軸線位移校正測量同直鋼柱的方法相同,其中弧形鋼柱的垂直度校正由于弧形鋼柱的一側(cè)為外圓弧形,因此在校正完弧形鋼柱底部的軸線位置后,同時在柱頂端采取三點坐標進行校正監(jiān)測。即在鋼柱頂部外截面角點做為校正點,采取三點坐標定位(如圖所示控制點1、控制點2、控制點3),根據(jù)3點的三維坐標采取坐標測量進行校正定位控制。
     
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    九、總結(jié)
    實踐證明,杭州國際會議中心的測量定位施工工藝最終取得良好的預期效果,結(jié)合本工程實際情況展開分析,對于高層、異形、大跨度的特殊結(jié)構(gòu)在測量定位控制中,為了其保證安裝精度和工程質(zhì)量,就要選擇合適的測量方案,同時要配備合適的測量儀器。尤其針對異形結(jié)構(gòu)而言,想用常規(guī)的測量手段進行測量定位是比較困難的,而且也很難保證測量質(zhì)量,因此就要在常規(guī)方法中尋求突破,對于采用線控制不了的就應(yīng)采用點(坐標控制)、線、面結(jié)合的測量控制方法,基本能夠解決高層、異形、大跨度結(jié)構(gòu)測量的難點問題,這種點、線、面相結(jié)合的測量定位方法可以被廣泛運用。
     
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